JP6673087B2 - フォークリフト制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、段積みされたスキッドをスキッド毎にばらすフォークリフト（バラシ装置）に設けられるフォークリフト制御装置に関する。

特許文献１は、カメラにより周辺の物体を検知し、予め与えられたパレットの厚さや荷物の高さ情報に基づいてパレットを検出する、フォークリフト制御装置を開示している。

しかし、上記特許文献１開示の技術には、つぎの問題点がある。
多様な高さ（厚み）、幅を備えるパレットを検出しようとすると、パレットの誤検出や、パレットの高さが異なることによるフォークの下降量不足、下降量超過が発生する可能性があり、適切なフォークリフト制御が困難である。

実開平０１−８８６９９号公報

本発明の目的は、多様なパレットに対してもパレットの誤検出や、パレットの高さが異なることによるフォークの下降量不足、下降量超過の発生を抑制できる、フォークリフト制御装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） パレットのフォークポケットにフォークを挿入して前記パレットの上昇または下降を行うフォークリフトを制御する、フォークリフト制御装置であって、
測距センサと、
前記測距センサによって得られる計測データの近傍のデータをつないで物体化を行い、該物体をスキッドとみなせるように成形してそのモデル化を行う物体認識部と、
前記測距センサの検出値に基づいて前記モデル化された物体に存在するポケットを検出し、前記ポケットのうちの２つが、それぞれ、所定範囲の高さ、幅でありかつ前記２つのポケット同士の間隔が所定範囲内である場合に前記２つのポケットをフォークポケットだと判定する、フォークポケット判定部と、
前記フォークポケットと判定されたポケットを備えた前記モデル化された物体の構成要素の一つが所定範囲内の高さ、幅であり、かつ前記構成要素の一つの上辺および下辺のそれぞれと前記フォークポケットと判定されたポケットとの間隔が所定範囲内である場合に、前記構成要素の一つが前記パレットだと判定するパレット判定部と、
前記パレットの高さに基づいて前記フォークの下降量を算出する、フォークポケット位置および下降量算出部と、
を有するフォークリフト制御装置。

上記（１）のフォークリフト制御装置によれば、フォークポケットを備えた物品の構成要素の一つが、所定範囲内の高さ（厚み）、幅であり、かつその構成要素の一つの上辺および下辺のそれぞれとフォークポケットとの間隔が所定範囲内であるものをパレットと判定した上で、パレットの高さ（厚み）に基づいてフォークの下降量を算出するため、多様なパレットに対してもパレットの検出や適切なフォークの下降量算出が可能となる。よって、パレットの誤検出や、パレットの高さ（厚み）が異なることによるフォークの下降量不足、下降量超過の発生を抑制でき、適切なフォークリフト制御を可能にすることができる。

本発明実施例のフォークリフト制御装置によって制御されるフォークリフトの模式図である。 図１のフォークリフトに積まれるスキッドの１つを示す斜視図である。 図１のフォークリフトの、スキッドが積まれていない状態の模式正面図である。 図３の状態から、フォークリフトに段積みスキッドが運び込まれたときの、フォークリフトの模式正面図である。 図４の状態から、下から２段目のパレットのフォークポケットの高さまでフォークを上昇させたときの、フォークリフトの模式正面図である。 図５の状態から、リフターを閉じてフォークをフォークポケットに進入させたときの、フォークリフトの模式正面図である。 図６の状態から、フォークを上昇させたときの、フォークリフトの模式正面図である。 図７の状態から、下から１段目のスキッドを搬出したときの、フォークリフトの模式正面図である。 図８の状態から、フォークですくったパレットの底面がコンベアに載るところまでフォークを下降させたときの、フォークリフトの模式正面図である。 図９の状態から、リフターを開いてフォークをフォークポケットから抜いたときの、フォークリフトの模式正面図である。 本発明実施例のフォークリフト制御装置によって制御されるフォークリフトで段バラシされたスキッドの流れを示す、イメージ図である。 図８の状態から、フォークですくったパレットの底面がコンベアに載るところまでフォークを下降させたときに、パレットの高さ（厚み）によってフォークの下降量が変わることを示す、パレットとフォークの部分模式図である。（ａ）は、パレットの高さが比較的高い場合を示す。（ｂ）は、パレットの高さが比較的低い場合を示す。 本発明実施例のフォークリフト制御装置の概略図である。 本発明実施例のフォークリフト制御装置の測距センサの模式斜視図である。 本発明実施例のフォークリフト制御装置の制御ルーチンのフローチャートである。 本発明実施例のフォークリフト制御装置における、測距センサの計測データにノイズ除去などのフィルタ処理を実施したデータを示す図である。 図１６のデータから物体化した状態を示す図である。 図１７に示される物体を直方体に成形した状態を示す図である。 図１８に示される直方体に成形したものをスキッドにモデル化した状態を示す図である。 図１のフォークリフトに積まれるスキッドの一部に空間が生じている場合の、スキッドの斜視図である。 本発明実施例のフォークリフト制御装置における、フォークポケットのルールを記述したデータベースである。 本発明実施例のフォークリフト制御装置における、パレットのルールを記述したデータベースである。 本発明実施例の比較例を示す工程図である。

以下に、図面を参照して、本発明実施例のフォークリフト制御装置（以下、単に制御装置ともいう）１００を説明する。

〔フォークリフト〕
まず、本発明実施例の制御装置１００によって制御されるフォークリフト２０について説明する。

フォークリフト２０は、図１に示される上下方向に段積みされる複数のスキッド（荷山）４０をスキッド４０毎にばらす装置である。各スキッド４０は、図２に示すように、パレット４１と、その上部に複数積載される部品箱４２と、からなる。パレット４１には、移載／搬送時にフォークリフトなどでスキッド４０をすくい上げるためのフォークポケット４３が各側面に２個ずつ設けられている。

スキッド４０は、図２３に示すように、複数の納入トラック５０から納入され、スペース都合により一時置き場５１に段積みしておかれる。後工程では、スキッド４０毎に運搬されるため、段積みをばらす作業が必要である。この段積みをばらすために、フォークリフト２０が設けられる。

納入される部品の形状によって部品箱４２の形状は多種多様、かつ、仕入先が手配するパレット４１も各仕入先の都合により多種多様であるため、各スキッド４０の形状はその都度異なっている。そのため、一時置き場５１に段積みされた複数のスキッド４０をスキッド毎にばらすのに、作業者５３が目視しながらフォークリフト装置５２を操作するのが一般的であった。本発明の制御装置１００によって制御されるフォークリフト２０は、作業者５３による目視作業を廃止し、無人化してスキッド４０毎にばらす無人フォークリフトである。

フォークリフト２０は、図１に示すように、ベース２１と、ベース２１に対してレール２２に沿ってＸ軸方向に可動なリフター２３と、リフター２３をレール２２に沿ってＸ軸方向に移動させるリフター開閉用モータ２４と、リフター２３に配設されてリフター２３に沿ってＹ軸方向（上下方向）に可動なフォーク２５と、フォーク上下用モータ２６と、フォーク上下用モータ２６の動力を減速機２７を経由してフォーク２５に伝えるボールねじ２８と、ベース２１に対してＺ軸方向に可動なコンベア２９と、コンベア用モータ３０と、コンベア用モータ３０の動力をコンベア２９に伝えるベルト３１と、を有する。

なお、上記において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、いずれも互いに直交する方向であり、Ｙ軸方向が上下方向となっている。Ｘ軸方向がたとえばフォークリフト２０の左右方向の場合、Ｚ軸方向はフォークリフト２０の前後方向である。

レール２２、リフター２３、リフター開閉用モータ２４、フォーク２５、フォーク上下用モータ２６、減速機２７およびボールねじ２８は、Ｘ軸方向に間隔をおいて一対設けられている。

〔フォークリフトの作動〕
フォークリフト２０の作動を説明する。
（ｉ） フォークリフト２０の原位置は、図３に示すように、リフター２３が開き端にあり、フォーク２５が下降端にある位置である。この状態から、図４に示すように、コンベア用モータ３０にてコンベア２９をＺ軸方向に駆動させて、前工程から段積みされたスキッド４０をフォークリフト２０内に運び込む。

（ｉｉ） 次いで、下から２段目のパレット４１（４１ａ）のフォークポケット４３の位置を制御装置１００にて計測し、図５に示すように、その高さまでフォーク上下用モータ２６にてフォークを上昇させる（Ｙ軸方向に移動させる）。その後、図６に示すように、リフター開閉用モータ２４にてリフター２３をＸ軸方向に移動させて閉じ、フォーク２５を下から２段目のパレット４１（４１ａ）のフォークポケット４３に進入させる。

（ｉｉｉ） 次いで、図７に示すように、フォーク上下用モータ２６にてフォーク２５をさらに所定量（例えば１００ｍｍ）上昇させ、コンベア２９に１段目（最下段）のスキッド４０だけが積載される状態にする。この状態から、図８に示すように、コンベア用モータ３０にてコンベア２９をＺ軸方向に駆動させて１段目のスキッド４０を搬出する（段バラシ）。

（ｉｖ） 次いで、図９に示すように、フォーク２５ですくった下から２段目にあったパレット４１（４１ａ）の底面４１ｂがコンベア２９に載るところまで、フォーク上下用モータ２６にてフォーク２５を下降させる（Ｙ軸方向に移動させる）。その後、図１０に示すように、リフター開閉用モータ２４にてリフター２３をＸ軸方向に開き端まで移動させる。

（ｖ） 段積みされたスキッド４０を１つずつ搬出するまで上記（ｉｉ）〜（ｉｖ）の作動を繰り返し、図１１に示すように、段積みされたスキッド４０のバラシが完了する。段積みされたスキッド４０のバラシが完了した後、上記（ｉ）と同様に、別の段積みされたスキッド４０をフォークリフト２０内に運び込み、上記（ｉｉ）〜（ｉｖ）の作動を繰り返してバラシが行われる。

なお、上記の〔フォークリフトの作動〕を行うために、（Ａ１）フォーク２５のＹ軸方向の可動範囲、（Ａ２）リフター２３のＸ軸方向の可動範囲、（Ａ３）フォーク２５のＸ軸方向のサイズ、は、以下のようにされる。
（Ａ１）フォーク２５のＹ軸方向の可動範囲は、上限は、各スキッド４０の最大高さ＋１００ｍｍ＋パレット４１の最大厚みとし、下限は、コンベア２９にパレット４１（４１ａ）を降ろすまでとする。上限は、下から２段目のパレット４１（４１ａ）のフォークポケット４３にフォーク２５を進入させることができるようにするためであり、下限は、下から２段目にあったスキッド４０を最下段のスキッドをばらした後にコンベア２９に降ろすことを可能にするためである。
（Ａ２）リフター２３のＸ軸方向の可動範囲は、開きの寸法は、スキッド４０のＸ軸方向の最大幅＋フォーク２５のＸ軸方向のサイズ＋余裕（１００ｍｍ程度）であり、閉じの寸法は、スキッド４０のＸ軸方向の最小幅＋余裕（１００ｍｍ程度）とする。開きの寸法は、スキッド４０をＺ軸方向に移動させる際にフォーク２５が邪魔になることを防止するためであり、閉じの寸法は、スキッド４０のＸ軸方向の幅によらずフォーク２５をフォークポケット４３に差し込むことができるようにするためである。
（Ａ３）フォーク２５のＸ軸方向のサイズは、フォーク２５の掛かり（３００ｍｍ程度）＋余裕（１００ｍｍ程度）とする。フォーク２５のサイズは、スキッド４０のＸ軸方向の幅によらずフォーク２５をフォークポケット４３に差し込むことができるようにするためである。

前述したように、納入される部品の形状によって部品箱４２の形状は多種多様、かつ、仕入先が手配するパレット４１も各仕入先の都合により多種多様であるため、各スキッド４０の形状はその都度異なっている。それ故、図５に示すように、下から２段目のパレット４１（４１ａ）のフォークポケット４３の高さ位置までフォーク２５を上昇させる時、正確にフォークポケット４３の位置を測定してフォーク２５の上昇量に反映させる必要がある。
また、図１２に示すように、パレット４１の高さ（厚み）も多種多様である。それ故、図９に示すように、下から２段目にあったパレット４１（４１ａ）の底面４１ｂがコンベア２９に載るところまでフォーク２５を下降させる時、パレット４１の高さ（厚み）に対して下降量が不足すると、スキッド４０がコンベア２９に載らず、フォーク２５を抜くときに荷崩れが発生するおそれがある。逆に、パレット４１の高さ（厚み）に対して下降量が多いと、パレット４１がコンベア２９の上面に衝突し、フォークリフト２０を損傷させるおそれがある。以上の事から、パレット４１の厚みを正確に測定（これによりパレット４１の底面高さを正確に測定可能）してフォーク２５の下降量に反映させる必要がある。
これらの制御は、本発明実施例の制御装置１００を用いて行われる。

〔制御装置〕
制御装置１００は、図１３に示すように、測距センサ１００ａと、物体認識部１００ｂと、フォークポケット判定部１００ｃと、パレット判定部１００ｄと、フォークポケット位置および下降量算出部１００ｅと、を有する。

測距センサ１００ａは、図１に示すように、リフター２３に設置されている。測距センサ１００ａは、図１４に示すように、前方に赤外線やレーザーなどの特定波長の光を計測範囲に順次照射し、その反射の位相差や時間を測ることで、センサ１００ａと対象物との間の空間（距離）を得るものである。

物体認識部１００ｂは、測距センサ１００ａの検出値に基づいて物体Ｍ（図１９参照）を認識するものである。

フォークポケット判定部１００ｃは、測距センサ１００ａの検出値に基づいて物体Ｍに存在する複数のポケットＰを検出し、ポケットＰのうちの２つが、それぞれ、所定範囲の高さ（上下方向距離）、幅でありかつ２つのポケットＰ同士の間隔が所定範囲内である場合に、この２つのポケットＰをフォークポケット４３だと判定するものである。

パレット判定部１００ｄは、フォークポケット４３だと判定されたポケットＰを備えた物体Ｍの構成要素の一つＭ１が所定範囲内の高さ（厚み）、幅であり、かつ、この構成要素の一つＭ１の上辺Ｍ１−１および下辺Ｍ１−２のそれぞれとフォークポケット４３だと判定されたポケットＰとの間隔が所定範囲内である場合に、この構成要素の一つＭ１がパレット４１だと判定するものである。

フォークポケット位置および下降量算出部１００ｅは、フォークポケット判定部１００ｃとパレット判定部１００ｄで判定されたフォークポケット４３とパレット４１の座標を計算（算出）するとともにパレット４１の高さ（厚み、底面高さ）を正確に測定し、フォーク２５の上昇量、下降量に反映させる（フォーク２５の上昇量、下降量を算出）ものである。

図１５は、制御装置１００の制御ルーチンを示したものである。
まず、ステップ１０１で測距センサ１００ａによる計測データＤを得る。ついで、ステップ１０２に進んでノイズ除去などのフィルタ処理が実施され（図１６参照）、ステップ１０３に進んで、得られたデータＤの近傍のデータをつないで物体Ｍ化を行い（図１７参照）、ステップ１０４に進んで物体Ｍをスキッド４０（パレット４１や部品箱４２）とみなせるように直方体に成形（図１８参照）した後、ステップ１０５に進んでスキッド４０のモデル化を行う（図１９参照）。ステップ１０２〜ステップ１０５は、物体認識部１００ｂで行われる。

ついで、ステップ１０６に進んでモデルに対してＸ軸方向に抜けているポケット（穴）Ｐを探索し、ステップ１０７に進む。納入する部品箱４２の必要数では、スキッド４０が直方体に形成できない場合、一時置き場５１で別のスキッド４０を上に段積みするために、図２０の例に示すように、スキッド４０の上面の四隅が同じ高さになるように部品箱４２を配置する。その結果として、スキッド４０の一部に穴（空間）Ｐ１が生じることがある。また、部品箱４２に取っ手用の穴Ｐ２も存在する。ステップ１０７では、これらの穴Ｐ１，Ｐ２とフォークポケット４３を判別するために、図２１に示されるようなフォークポケット４３のルールを記述したデータベースＤ１を保持し、ステップ１０６で探索したポケットＰがデータベースＤ１のルールに合致するか確認する。合致しない場合、ステップ１０６で探索したポケットＰがフォークポケット４３ではないと判定し、ステップ１０６に戻る。合致する場合は、ステップ１０６で探索したポケットＰがフォークポケット４３であると判定してステップ１０８に進む。ステップ１０６，１０７は、フォークポケット判定部１００ｃで行われる。

ステップ１０８では、図１９に示すように、フォークポケット４３と判定されたポケットＰの上下を探索して物体Ｍの中から構成要素の一つＭ１を検出する。ついで、ステップ１０９に進んでステップ１０８で検出された構成要素Ｍ１が、図２２に示されるパレット４１のルールを記述したデータベースＤ２を用いて、パレット４１のルールに合致するかを確認する。合致しない場合、ステップ１０８で探索した構成要素Ｍ１はパレット４１ではないと判定し、ステップ１０８に戻る。合致する場合は、構成要素Ｍ１がパレット４１であると判定してステップ１１０に進む。ステップ１０８，１０９は、フォークポケット４３を含んだ物体がパレット４１のルールに合致しているか確認するステップであり、パレット判定部１００ｄで行われる。

ステップ１１０では、得られた（判定された）フォークポケット４３とパレット４１の座標を計算（算出）して、リフター２３やフォーク２５を制御する座標に変換する。ステップ１１０では、得られたフォークポケット４３とパレット４１の座標が計算（算出）され、パレット４１の高さ（厚み、底面の高さ位置）が正確に測定される。これにより、フォーク２５の上昇量、下降量が算定される。ついで、ステップ１１１に進んで変換した座標をフォークリフト２０に転送し、エンドステップに進む。ステップ１１０，１１１は、フォークポケット位置および下降量算出部１００ｄで行われる。

〔作用〕
つぎに、本発明実施例の作用を説明する。
本発明実施例では、フォークポケット４３を備えた物品Ｍの構成要素の一つＭ１が、所定範囲内の高さ（厚み）、幅であり、かつその構成要素の一つＭ１の上辺Ｍ１−１および下辺Ｍ１−２のそれぞれとフォークポケット４３と判定されたポケットＰとの間隔が所定範囲内であるものをパレット４１と判定した上で、パレット４１の高さ（厚み）に基づいてフォーク２５の下降量を算出するため、多様なパレット４１に対してもパレット４１の検出や適切なフォーク２５の下降量算出が可能となる。よって、パレット４１の誤検出や、パレット４１の高さ（厚み）が異なることによるフォーク２５の下降量不足、下降量超過の発生を抑制でき、適切なフォークリフト制御を可能にすることができる。

２０ フォークリフト
２３ リフター
２５ フォーク
２９ コンベア
４０ スキッド
４１ パレット
４２ 部品箱
４３ フォークポケット
１００ フォークリフト制御装置
１００ａ 測距センサ
１００ｂ 物体認識部
１００ｃ フォークポケット判定部
１００ｄ パレット判定部
１００ｅ フォークポケット位置および下降量算出部
Ｍ 物体
Ｍ１ 物体の構成要素の一つ
Ｍ１−１ 物体の構成要素の一つの上辺
Ｍ１−２ 物体の構成要素の一つの下辺
Ｐ ポケット

Claims (1)

1. パレットのフォークポケットにフォークを挿入して前記パレットの上昇または下降を行うフォークリフトを制御する、フォークリフト制御装置であって、
   測距センサと、
   前記測距センサによって得られる計測データの近傍のデータをつないで物体化を行い、該物体をスキッドとみなせるように成形してそのモデル化を行う物体認識部と、
   前記測距センサの検出値に基づいて前記モデル化された物体に存在するポケットを検出し、前記ポケットのうちの２つが、それぞれ、所定範囲の高さ、幅でありかつ前記２つのポケット同士の間隔が所定範囲内である場合に前記２つのポケットをフォークポケットだと判定する、フォークポケット判定部と、
   前記フォークポケットと判定されたポケットを備えた前記モデル化された物体の構成要素の一つが所定範囲内の高さ、幅であり、かつ前記構成要素の一つの上辺および下辺のそれぞれと前記フォークポケットと判定されたポケットとの間隔が所定範囲内である場合に、前記構成要素の一つが前記パレットだと判定するパレット判定部と、
   前記パレットの高さに基づいて前記フォークの下降量を算出する、フォークポケット位置および下降量算出部と、
   を有するフォークリフト制御装置。
   

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